Java内存管理：堆与栈的深度解析

一、栈内存（Stack Memory）：快速、私有的临时存储区

栈内存是一种遵循“后进先出（LIFO） ”原则的线性数据结构。在 JVM 中，它被称为虚拟机栈，主要用于存储方法执行时的临时数据。

• 存储内容：

  • 栈帧：每个方法被调用时，JVM 都会为其创建一个栈帧。栈帧中包含了：

    • 局部变量表：存储基本类型（如 int、boolean）和对象引用。
    • 操作数栈：用于方法的运算。
    • 方法返回地址：方法执行完毕后，返回到调用者的地方。

• 特点：

  • 线程私有：每个线程都有自己独立的栈，互不干扰，因此是线程安全的。
  • 生命周期：栈帧的生命周期与方法的执行同步。方法开始时入栈，方法结束时出栈，数据自动销毁。
  • 速度快：栈内存的分配和回收都是静态的、高效的，没有额外的开销。

二、堆内存（Heap Memory）：动态、共享的对象仓库

堆内存是 JVM 中最大的一块内存区域，所有通过 new 关键字创建的对象和数组都存储在此。

• 存储内容：

  • 对象实例：包括 String、Person、Integer 等所有类实例。
  • 数组：所有数组的实例。

• 特点：

  • 线程共享：所有线程共享同一块堆内存，因此需要处理线程安全问题。
  • 生命周期：堆中对象的生命周期由**垃圾回收器（GC）**管理。当一个对象不再被任何引用指向时，GC 会在合适的时候回收其内存。
  • 速度慢：堆内存的分配和回收都是动态的，会涉及 GC 过程，因此速度慢于栈内存。

三、堆与栈的协作模式

堆和栈在 Java 程序中协同工作，共同管理数据的生命周期。

• 基本类型：int i = 5。变量 i 及其值 5 都存储在栈中。

• 对象：Cat cat = new Cat("咪咪")。

  • new Cat("咪咪")：Cat 对象实例存储在堆中。
  • cat 变量：cat 变量存储了 Cat 对象在堆中的地址，这个变量本身存储在栈中。

四、内存溢出与String的特殊性

• 栈溢出：当方法调用深度超过栈的容量时，会抛出 StackOverflowError。这通常发生在无限递归或过深的方法调用中。

• 堆溢出：当堆中没有足够的内存来分配新对象时，会抛出 OutOfMemoryError。这通常发生在创建大量对象或内存泄漏时。

• String 的存储：

  • String s = "abc"：字符串常量 "abc" 存储在字符串常量池中。在 Java 7 之后，字符串常量池位于堆中。
  • String s = new String("abc")：new 关键字强制在堆中创建一个新的 String 对象。